MOS管開關(guān)管損耗計(jì)算方法公式及解釋-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2020-09-14
人們對(duì)MOS管開關(guān)電源的要求越來(lái)越高，要求開關(guān)電源的體積越來(lái)越小，這也意味著開關(guān)頻率越來(lái)越高。隨著開關(guān)頻率的提高，降低變換器的開關(guān)損耗也變得極其重要。
一、 MOS管開關(guān)管損耗計(jì)算
MOS管是開關(guān)電源中常見器件之一，在評(píng)估開關(guān)電源效率的時(shí)候，對(duì)于MOS管的選型十分重要，如果選擇的MOS不合適，電路該部分的發(fā)熱會(huì)非常嚴(yán)重，影響效率。因此，在考慮到設(shè)計(jì)開關(guān)電源的效率時(shí)，MOS管的損耗是不容忽視的一部分。下面將詳細(xì)計(jì)算MOS管的損耗。
二、MOS管的損耗來(lái)源
（1）MOS開關(guān)損耗
MOS在開關(guān)電源中用作開關(guān)器件，顧名思義，MOS會(huì)經(jīng)常的開通和關(guān)斷。MOS管開關(guān)管損耗計(jì)算由于電壓和電流都是模擬量，這個(gè)世界也是模擬的世界，電壓和電流都不能突變，將MOS管比如成一個(gè)“水龍頭”就很好理解MOS管的第一部分損耗：開關(guān)損耗
當(dāng)我們?cè)诖蜷_水龍頭或者關(guān)閉水龍頭的時(shí)候，并不是等到我們完全打開龍頭的閥門，水才出來(lái)，也不是等到我們完全關(guān)斷水龍頭，才沒有水流出。在我們操作的過程中，其實(shí)都有水在流出或者是慢慢停止。對(duì)于MOS也是這樣，流過MOS管的電流就像是水流，加在MOS管VDS間的電壓就像是水龍頭的閥門。
因此，MOS管開關(guān)損耗產(chǎn)生的本質(zhì)原因是由于MOS開通和關(guān)斷并不是瞬間完成，電壓和電流存在重疊區(qū)。開通過程如圖所示：
開通過程如上圖所示，從電流Id從0開始上升到VDS減小為0為止，為MOS管的開通過程，如上圖的1點(diǎn)到2點(diǎn)所示。
（2）MOS導(dǎo)通損耗
理想的電壓源我們不計(jì)其內(nèi)阻，理想的運(yùn)算放大器我們不計(jì)流入運(yùn)放的電流，同樣，理想的開關(guān)，我們將其等效為電阻為0的導(dǎo)線。但是在實(shí)際使用過程中，MOS開通后，是存在一定阻值的，這個(gè)阻值會(huì)隨著VGS電壓的變化而變化，當(dāng)MOS完全開通時(shí)，電阻才基本等效為一定固定的電阻。
因此，MOS管損耗的第二部分就是導(dǎo)通損耗 ，產(chǎn)生導(dǎo)通損耗的本質(zhì)原因是實(shí)際使用的MOS管不能等效為電阻為0的器件，導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻是會(huì)造成MOS管發(fā)熱的原因之一。
導(dǎo)通損耗的計(jì)算主要是導(dǎo)通時(shí)的電流，內(nèi)阻。
（3）MOS管驅(qū)動(dòng)損耗
從圖1可以看出，在1點(diǎn)之前，也就是電流從0上開始上升的前，這一部分MOS還沒開通，既不存在開關(guān)損耗，也不存在導(dǎo)通損耗，但是由于這部分時(shí)間，驅(qū)動(dòng)芯片在對(duì)MOS的柵極充電，這也是損耗的一種形式，并歸為MOS的損耗，即驅(qū)動(dòng)損耗。
因此，MOS的驅(qū)動(dòng)損耗，和驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)功率有關(guān)，和MOS管的選型有關(guān)（Qg）。
三、MOS管開關(guān)管損耗計(jì)算實(shí)例
（1）基于BUCK電源計(jì)算
假設(shè)現(xiàn)在有一降壓電源，參數(shù)如下：
輸入：Uin=12V
輸出：Uout=1.8V
開關(guān)頻率：f=500K
負(fù)載電流：Io=20A
紋波系數(shù)：r=0.4
選擇的MOS管為凌特的BSC050N03，參數(shù)如下
下面計(jì)算該開關(guān)電源的MOS損耗。
一、MOS管損耗
（1）導(dǎo)通損耗
MOS管導(dǎo)通損耗的計(jì)算公式為：P=I^2R= Rdson* Iqsw* IqswD= 20x20x61.8/12=0.36W
（2）開關(guān)損耗
開關(guān)損耗的計(jì)算公式：Psw=1/2* Vin*Iout *Fsx(Qgs2+Qgd)/Ig。
如果只計(jì)算開通損耗有：Psw=0.512（20-4）500k * （6n/5）=0.576W
如果只計(jì)算關(guān)斷損耗有：Psw=0.512*（20+4）*500k * （6n/1）=0.432W
Ig由選擇的驅(qū)動(dòng)芯片決定，LTC3883，驅(qū)動(dòng)電壓Vgs=5V
（3）驅(qū)動(dòng)損耗
Pgate=VgQgfs=513n500k=0.0325W
開關(guān)管的總損耗：P=0.36+0.576+0.432+0.0325=1.4W
